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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Lenksteuertechnologie für ein Steer-by-Wire(SBW)-System, und spezifischer auf ein Lenksteuerverfahren und eine Lenksteuervorrichtung für ein SBW-System, die zum Verbessern einer Lenkleistung geeignet sind, indem ein Ackermann-Effekt in Abhängigkeit eines Verhaltens eines Fahrzeugs verändert wird.
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HINTERGRUND
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Eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs erlaubt einem Fahrer, eine Richtung, in welcher sich das Fahrzeug bewegt, auszuwählen und zu steuern. Die Lenkvorrichtung weist ein Lenkrad, das durch den Fahrer betätigt wird, und einen Lenkmechanismus auf, der eine Richtung, in der, und eine Kraft, durch welche das Lenkrad betätigt wird, zu Rädern des Fahrzeugs übermittelt.
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Servolenkungen wurden entwickelt und vertrieben, um Fahrern beim Lenken durch Verstärken der Lenkkraft des Lenkrads zu helfen. Gegenwärtige Servolenksysteme schließen einen hydraulischen Typ, der Hydraulikdruck verwendet, einen Elektrohydraulischen Typ, der sowohl Hydraulikdruck als auch elektrische Leistung eines Motors verwendet, und einen elektrischen Typ ein, der nur die elektrische Leistung eines Motors verwendet etc.
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Kürzlich wurden Steer-by-Wire(SBW)-Systeme entwickelt und eingesetzt, die ein Fahrzeug unter Verwendung eines Elektromotors steuern. Mechanische Verbindungseinrichtungen, wie eine Lenksäule, ein Kardangelenk bzw. -gelenkteil und eine Ritzelwelle, zwischen dem Lenkrad und Rädern wurden eliminiert.
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Insbesondere weist ein SBW-System unabhängigen Typs eine rechte Radlenkeinheit und eine linke Radlenkeinheit auf, die unabhängig voneinander ohne eine mechanische Verbindung dazwischen funktionieren. Dieses System weist Vorteile auf, dass die Anzahl an Bauteilen und das Gewicht reduziert sind. Zusätzlich können ein rechter Radlenkmotor oder ein linker Radlenkmotor selektiv betrieben werden, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
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1 zeigt schematisch einen Aufbau eines SBW-Systems nach der verwandten Technik. Ein Reaktionsmotor 3 ist an einer Lenksäule angeordnet, um eine durch einen Fahrer angelegte Lenkkraft eines Lenkrads 1 zu verstärken. Rechte und linke Räder 4 sind unabhängig voneinander aufgeteilt und jeweils mittels Zugstangen bzw. Gelenkstangen 5 mit Zahnstangen bzw. Rackschienen ("rack bars") 6 verbunden. Die Zahnstangen 6 sind jeweils mit Lenkmotoren 7 verbunden, sodass sich die Zahnstangen 6 unter Verwendung einer Drehkraft, die von den Lenkmotoren 7 aufgenommen wird, linear bewegen können.
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Zusätzlich ist jeder von dem Reaktionsmotor 3 und den Lenkmotoren 7 mit einem Ausgangsanschluss einer SBW-Steuerung 8 verbunden und ist als Reaktion auf ein Steuersignal, das von der SBW-Steuerung 8 ausgegeben wird, selektiv betätigbar.
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In der vorstehend beschriebenen verwandten Technik werden die Lenkmotoren 7 jedoch nur zum Verstärken der Lenkkraft des Lenkrads 1 verwendet, und die rechten und linken Lenkmotoren 7 müssen einen Zahnstangenhub um dieselbe Menge steuern.
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Daher wird über den gesamten Fahrbereich eines Fahrzeugs derselbe Ackermann-Effekt aufrechterhalten. Es ist daher schwierig, die Lenkleistung unter Verwendung der Lenkmotoren zu verbessern.
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Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient lediglich der Unterstützung des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung und sollte nicht als ein Zugeständnis oder irgendeine Form einer Suggestion angesehen werden, dass diese Information Stand der Technik bildet, die dem Fachmann bereits bekannt wäre.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der vorstehenden Probleme vorgenommen, die bei der verwandten Technik auftreten, und die vorliegende Offenbarung ist zum Vorschlagen eines Lenksteuerverfahrens und einer Vorrichtung für ein Steer-by-Wire(SBW)-System gedacht, die eine Lenkleistung verbessern können, indem der Ackermann-Effekt in Abhängigkeit eines Verhaltens eines Fahrzeugs verändert wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Lenksteuerverfahren für ein SBW-System das Empfangen eines Ausgabewerts, der einen gegenwärtigen Lenkradzustand und einen gegenwärtigen Fahrzustand eines Fahrzeugs darstellt. Ein aktueller Ackermanneffektwert des Fahrzeugs wird in Abhängigkeit des Ausgabewerts ermittelt. Wenn sich der aktuelle Ackermanneffektwert von einem optimalen Ackermanneffektwert unterscheidet, der in Abhängigkeit des Ausgabewerts ermittelt wird, werden Spurwinkel von rechten und linken Rädern verändert und gesteuert, sodass der aktuelle Ackermanneffektwert zu dem optimalen Ackermanneffektwert wird.
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Der Ausgabewert kann ein Lenkwinkel und eine Fahrzeuggeschwindigkeit eines Lenkrads sein.
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Als der Schritt des Veränderns und Steuerns der Spurwinkel können die Spurwinkel der rechten und linken Räder unabhängig voneinander verändert werden.
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Bei dem Schritt des Veränderns und Steuerns der Spurwinkel werden die Spurwinkel der rechten und linken Rädern auf unterschiedliche Winkel verändert.
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Bei dem Schritt des Veränderns und Steuerns der Spurwinkel können die Spurwinkel der rechten und linken Rädern verändert werden, indem eine Menge eines Zahnstangenhubs durch Betätigung von Aktuatoren eingestellt wird, die bei bzw. an den rechten und linken Rädern vorgesehen sind.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Lenksteuervorrichtung für ein Steer-by-Wire-System eine Steuerung auf. Die Steuerung empfängt einen Ausgabewert, der einen gegenwärtigen Lenkradzustand und einen gegenwärtigen Fahrzustand eines Fahrzeugs darstellt, ermittelt einen gegenwärtigen Ackermanneffektwert des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Ausgabewerts. Wenn sich der aktuelle Ackermanneffektwert von einem optimalen Ackermanneffektwert unterscheidet, der in Abhängigkeit des Ausgabewerts ermittelt wird, werden Spurwinkel von rechten und linken Rädern verändert und gesteuert, sodass der aktuelle Ackermanneffektwert zu dem optimalen Ackermanneffektwert wird.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie vorstehend dargelegt, wird das Lenken durch geeignetes Einstellen des Ackermann-Effekts in Abhängigkeit des Fahrzustands des Fahrzeugs gesteuert, es ist möglich, einen minimalen Wenderadius des Fahrzeugs zu reduzieren und ein Ansprechverhalten und eine Niedriggeschwindigkeitswiederherstellung („restoration“) zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und anderen Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Kombination mit den begleitenden Zeichnungen klarer verständlich erscheinen.
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines SBW-Systems der verwandten Technik.
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2 ist ein Flussdiagramm, welches den Lenksteuerfluss eines SBW-Systems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nun wird detaillierter Bezug genommen auf eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Beispiele wovon in den begleitenden Zeichnungen gezeigt sind. Wann immer möglich, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, über die Figuren und die Beschreibung hin, um sich auf die gleichen oder entsprechenden Teile zu beziehen.
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Ein Lenksteuerverfahren für ein Steer-by-Wire(SBW)-System gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Eingabeschritt S10, einen Ermittlungsschritt S20, und einen variablen Steuerschritt S30.
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Gemäß detaillierter Beschreibung der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 2 wird bei dem Eingabeschritt S10 ein Ausgabewert, der einen gegenwärtigen Lenkradzustand und einen gegenwärtigen Fahrzustand eines Fahrzeugs darstellt, eingegeben.
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Der Ausgabewert, der den gegenwärtigen Lenkradzustand darstellt, kann beispielsweise ein Lenkwinkel sein, der durch einen Lenkradsensor eingegeben wird. Zusätzlich kann der Ausgabewert, der den Fahrzustand darstellt, eine Fahrzeuggeschwindigkeit sein, die durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor eingegeben wird.
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Der Ermittlungsschritt S20 ermittelt einen gegenwärtigen Ackermanneffektwert des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Ausgabewerts.
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Der Ackermanneffektwert wird beispielsweise auf Basis der Geometrie des Fahrzeugs ermittelt. Der Ackermanneffektwert kann durch Berechnung oder als ein Tabellenwert ermittelt werden.
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Der variable Steuerschritt S30 umfasst das Festlegen einer optimalen Ackermanneffektkarte und Verwendung des Ausgabewerts, der den Lenkradzustand und den Fahrzustand des Fahrzeugs darstellt. Der aktuelle Ackermanneffektwert wird mit einem optimalen Ackermanneffektwert in der optimalen Ackermanneffektkarte verglichen, um zu ermitteln, ob eine Differenz zwischen dem gegenwärtigen Ackermanneffektwert und dem optimalen Ackermanneffektwert besteht oder nicht. Hier kann der Ausgabewert der Lenkwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit sein, wie vorstehend beschrieben.
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Wenn sich der aktuelle Ackermanneffektwert als ein Ergebnis der Ermittlung von dem optimalen Ackermanneffektwert unterscheidet, wird ein Spurwinkel von entweder einem rechten oder linken Rad verändert, sodass der aktuelle Ackermanneffektwert identisch wird mit dem optimalen Ackermanneffektwert. Wenn keine Differenz besteht, wird der aktuelle Ackermanneffektwert so gelassen, wie er ist.
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Die vorliegende Offenbarung ist beispielsweise auf ein SBW-System anwendbar, bei dem jeweils an rechten und linken Vorderrädern Aktuatoren (Lenkmotoren) angeordnet sind. Es ist möglich, einen Spurwinkel von jedem Rad zu verändern, indem ein Zahnstangenhub („rack stroke“) eingestellt wird, wodurch der Spurwinkel von jedem Vorderrad unabhängig eingestellt wird.
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Insbesondere können die Spurwinkel der rechten und linken Vorderräder eingestellt werden, sodass sie gleich sind oder zueinander unterschiedlich sind, unter Verwendung der Aktuatoren, die unabhängig voneinander funktionieren bzw. betrieben werden, wie vorstehend beschrieben, und daher kann der Ackermanneffektwert in zuverlässiger Weise eingestellt werden.
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Zusätzlich kann ein Lenksteuerverfahren für ein Steer-by-Wire(SBW)-System gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Lenken unter Verwendung einer Steuerung steuern.
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Die Steuerung empfängt beispielsweise einen Ausgabewert, der den gegenwärtigen Lenkradzustand und den gegenwärtigen Fahrzustand des Fahrzeugs darstellt, und ermittelt den gegenwärtigen Ackermanneffektwert in Abhängigkeit des Ausgabewerts.
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Es ist möglich, unter Verwendung einer optimalen Ackermanneffektkarte, die gemäß dem Ausgabewert festgelegt wird, der den gegenwärtigen Lenkradzustand und den gegenwärtigen Fahrzustand des Fahrzeugs darstellt, zu ermitteln, ob eine Differenz zwischen dem gegenwärtigen Ackermanneffektwert und dem optimalen Ackermanneffektwert besteht. Wenn sich der Ackermanneffektwert von dem optimalen Ackermanneffektwert unterscheidet, wird das Lenken durch Einstellen der Spurwinkel der rechten und linken Vorderräder so gesteuert, dass der aktuelle Ackermanneffektwert dem optimalen Ackermanneffektwert folgt.
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Gemäß detaillierterer Beschreibung des Lenksteuerverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung, berechnet die Steuerung, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads als Reaktion auf ein Betätigen des Lenkrads durch den Fahrer bei S10 eingegeben wird, den gegenwärtigen Ackermanneffektwert des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Lenkwinkels bei S20. Wenn der Lenkwinkel beispielsweise 138° beträgt, beträgt der aktuelle Ackermanneffektwert des Fahrzeugs 24 %.
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In der optimalen Ackermanneffektkarte sind optimale Ackermanneffektwerte in Abhängigkeit des Lenkwinkels und von Fahrzeuggeschwindigkeitsbedingungen festgelegt. Der aktuelle Ackermanneffektwert wird mit dem optimalen Ackermanneffektwert in der optimalen Ackermanneffektkarte verglichen, um zu ermitteln, ob sich der aktuelle Ackermanneffektwert von dem optimalen Ackermanneffektwert unterscheidet oder nicht.
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Wenn ermittelt wird, dass eine Differenz besteht, werden die Spurwinkel der rechten und linken Vorderräder bei S30 durch unabhängiges Betätigen der Aktuatoren eingestellt, die an den rechten und linken Vorderrädern vorgesehen sind, sodass der aktuelle Ackermanneffektwert sich dem optimalen Ackermanneffektwert annähert.
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Wie vorstehend dargelegt, verbessert die vorliegende Erfindung die Lenkleistung durch Verändern des Ackermanneffektwerts in Abhängigkeit eines Verhaltens des Fahrzeugs.
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Wenn das Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit fährt, kann ein niedriger Ackermann-Effekt oder ein hoher Ackermann-Effekt hinsichtlich einer maximalen Seitenbeschleunigung und Reaktionsfähigkeit vorteilhaft sein. Für den Fall, dass das Fahrzeug bei niedriger Geschwindigkeit fährt, ist bewiesen, dass ein hoher Ackermanneffekt vorteilhaft ist für die Wiederherstellung ("restoration").
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Wenn das Lenken durch geeignetes Verändern des Ackermann-Effekts in Abhängigkeit des Fahrzustands des Fahrzeugs verändert wird, ist es dementsprechend möglich, einen minimalen Wenderadius des Fahrzeugs zu reduzieren und die Reaktionsfähigkeit und die Niedriggeschwindigkeitswiederherstellung zu verbessern.
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Obwohl die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu illustrativen Zwecken beschrieben worden sind, wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne den Rahmen und Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie in den begleitenden Ansprüchen beschrieben.
